Phương pháp đánh giá độ nhạy các thông số mô hình thủy văn và ứng dụng cho mô hình mưa - dòng chảy NAM trên lưu vực sông Vệ

Bài viết giới thiệu và phân tích một số phương pháp phân tích độ nhạy thông số thường được sử dụng trong các nghiên cứu trên thế giới và ứng dụng cho mô hình mưa dòng chảy thông số tập trung NAM trên lưu vực sông Vệ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp đánh giá độ nhạy các thông số mô hình thủy văn và ứng dụng cho mô hình mưa - dòng chảy NAM trên lưu vực sông Vệ BÀI BÁO KHOA HỌC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẠY CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH THỦY VĂN VÀ ỨNG DỤNG CHO MÔ HÌNH MƯA - DÒNG CHẢY NAM TRÊN LƯU VỰC SÔNG VỆ Trịnh Xuân Mạnh1, Trần Quốc Việt1, Lê Thị Thường1Tóm tắt: Mô hình toán thủy văn đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu hoặc dựán liên quan đến đánh giá và dự báo dòng chảy, chất lượng nước, quản lí tài nguyên nước. Phân tích độnhạy nhằm mục đích xác định các tham số chính ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng đóng một vai tròquan trọng trong việc ứng dụng các mô hình toán nói chung, đặc biệt mô hình mưa dòng chảy nói riêng.Các mô hình toán đang có sự phát triển mạnh mẽ nhằm mô phỏng đầy đủ các quá trình vật lí xảy ratrong tự nhiên, do đó chúng dần trở lên phức tạp hơn kéo theo số lượng các thông số trong mô hìnhnhiều hơn, đòi hỏi cần có sự phân tích độ nhạy kĩ lưỡng. Để phục vụ có hiệu quả cho việc hiệu chỉnh vàkiểm định mô hình, các phương pháp phân tích độ nhạy thông số cần được áp dụng trước tiên làm cơ sởđể đưa ra một chiến lược hiệu chỉnh, tối ưu thông số sao cho phù hợp nhất với từng loại mô hình, lưuvực và số liệu có sẵn. Bài báo giới thiệu và phân tích một số phương pháp phân tích độ nhạy thông sốthường được sử dụng trong các nghiên cứu trên thế giới và ứng dụng cho mô hình mưa dòng chảy thôngsố tập trung NAM trên lưu vực sông Vệ.Từ khóa: Phân tích độ nhạy, mô hình toán, MIKE11 NAM, Sông Vệ. 1. MỞ ĐẦU * hình ứng với các điều kiện lưu vực khác nhau sẽ Trong hơn ba thập kỉ vừa qua, cùng với sự phát có các thông số nhạy khác nhau. Số lượng cáctriển mạnh mẽ của lĩnh vực công nghệ thông tin thông số mô hình lớn là một thách thức với côngthì mô hình toán thủy văn cũng có những bước tác hiệu chỉnh và kiểm định mô hình nhằm tìm ratiến đáng kể khi các thuật toán phức tạp được áp bộ thông số tối ưu nhất. Có rất nhiều các thuậtdụng nhằm mô tả chi tiết các quá trình vật lí xảy toán tối ưu đã được phát triển để giải quyết cácra trong chu trình thủy văn như quá trình hình vấn đề nêu trên, nhưng một thực tế là để tối ưuthành dòng chảy từ mưa, quá trình chuyển động toàn bộ các thông số mô hình là khó khả thi vàcủa nước trong sông và vùng ngập lũ, các quá không thực sự cần thiết trong quá trình hiệu chỉnh.trình liên quan đến vận chuyển bùn cát và chất Do đó, khi ứng dụng các thuật toán tối ưu cholượng nước. Từ những phương pháp mô hình đơn hiệu chỉnh mô hình thì các thông số không quangiản ban đầu như mô hình tỷ lệ (Rational trọng hoặc ít tác động đến kết quả đầu ra sẽ đượcmethods) đến các mô hình phân bố phức tạp cố định giá trị không thay đổi nhằm tăng hiệu quả(Distribution models) đang được ứng dụng rất tính toán cũng như giảm đánh kể thời gian tìmrộng rãi trong nhiều các đề tài nghiên cứu và dự kiếm thông số tối ưu. Ngày nay có nhiều cácán thực tiễn. phương pháp phân tích độ nhạy thông số khác Trong thực tế thì tùy vào từng loại mô hình nhau như các phương pháp cục bộ hoặc toàn diệnkhác nhau mà số lượng các thông số là khác nhau, (local hoặc global method), phương pháp phâncó mô hình chỉ vài thông số cơ bản đến những mô tích số lượng hoặc chất lượng (Qualitative hoặchình phức tạp có hàng trăm thông số. Mỗi một mô quantitative mdethod), phương pháp quét hoặc lọc (Screening hoặc refined method) được sử dụng1 khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, Khoa Khí Tượng Thủy Văn - Đại học Tài Nguyên và không chỉ riêng ngành thủy văn. Mỗi một phươngMôi Trường Hà Nội56 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 70 (9/2020)pháp nêu trên có sự khác biệt rất lớn về cách thức 2.1. Phương pháp phân tích độ nhạy cục bộchọn mẫu, khả năng ứng dụng, cấu trúc thuật toán Phương pháp phân tích này khá đơn giản khiv.v. Do đó cần phải có sự tìm hiểu và phân tích kĩ đánh giá độ nhạy của một thông số tại một giá trịlưỡng trước khi ứng dụng bất kì phương pháp nào cố định trong toàn miền giá trị của thông số đó.vào việc phân tích độ nhạy thông số nhằm đạt hiệu Điểm giá trị để đánh giá độ nhạy thông số có thểquả cao nhất trong hiệu chỉnh mô hình. là giá trị mặc định của thông số đó trong mô hình Nghiên cứu này sẽ giới thiệu và phân tích hai hoặc lựa chọn một giá trị bất kì nào đó trong miềnphương pháp thông dụng trong phân tích độ nhạy giá trị. Theo đó, có nhiều cách lựa chọn sự thaymô hình gồm phương pháp phân tích thông số cục đổi của thông số (∆) xung quanh giá trị đã chọn,bộ và toàn diện. Lưu vực sông Vệ tính đến trạm có thể là ± 20% hoặc ± 50%, hoặc cũng có thể ±thủy văn An Chỉ tại tỉnh Quảng Ngãi có đầy đủ số 1% của toàn miền xác định của thông số đó. Tổngliệu về khí tượng thủy văn bao gồm các số liệu về số mô phỏng trong mô hình khi áp dụng phươngmưa, bốc hơi, dòng chảy, đồng thời các trạm mưa pháp này là 2n+1, n là số lượng các thông số sửphân bố khá đồng đều trên toàn bộ lưu vực nên dụng. Đối với phương pháp này, khi đánh giá độphù hợp cho việc ứng dụng mô hình mưa dòng nhạy cho một thông số cụ thể thì các thông sốchảy. Hai phương pháp phân tích độ nhạy nêu trên khác sẽ được cố định giá trị hay nói cách khác làsẽ được áp dụng nhằm đánh giá các thông số nhạy chỉ thay đổi giá trị của một thông số cho mỗi lầncủa mô hình thủy văn NAM. Kết quả nghiên cứu tính trong khi các thông số còn lại giữ nguyên giáđược trình bày ...